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第七章 呼吸系统的结构与功能 机体与外界环境之间的气体交换过程，称为呼吸（respiration）。,呼吸过程的三个环节： 1 . 外呼吸 : （1） 肺通气 （2） 肺换气 2 . 气体在血液中的运输 3 . 内呼吸 : （1） 组织换气 （2） 细胞内的氧 化过程,第二节 肺通气 肺通气是肺与外界环境之间的气体交换过程。 一、肺通气的原理 （一） 肺通气的动力 大气与肺泡之间的压力差是肺通气的直接动力，呼吸肌收缩和舒张引起的节律性呼吸运动是肺通气的原动力。,呼吸肌,呼气肌,呼吸运动：呼吸肌的收缩和舒张引起的胸 廓节律性扩张与缩小。,吸气肌,腹壁肌,肋间内肌,肋间外肌,膈肌,（一）呼吸运动 (Respiration movement),吸气的过程：当膈肌收缩时，隆起的中心下移，从而增大了胸腔的上下径；当肋间外肌收缩时，可增大胸腔的前后径和左右径。因此，引起胸腔和肺容积增大，使肺内压低于大气压，外界气体进入肺内。 呼气的过程：当膈肌和肋间外肌舒张时，肺依靠其自身的回缩力而回位，并牵引胸廓，使之缩小，,从而引起胸廓和肺容积缩小，肺内压高于大 气压，肺内气体被呼出。 用力呼吸 呼吸加深、加快。用力吸气时，膈肌和肋间外肌收缩加强，辅助吸气肌也参与收缩。用力呼气时，除吸气肌舒张外，还有呼气肌参与收缩。,呼 气,肺内压大气压,缩 小,肺 脏,吸 气,肺内压大气压,胸 廓,呼 吸 肌,缩 小,收 缩,舒 张,扩 张,扩 张,1.按呼吸幅度分为 平静呼吸(Eupnea)：安静状态下平稳而均匀的自然呼吸。 吸气：主动过程 呼气：被动过程 用力呼吸（ Forced breathing ）：加深加快的呼吸。 吸气：主动过程 呼气：主动过程,呼吸运动分类,按参与呼吸运动的肌群不同分为：,腹式呼吸(Abdominal breathing) : 以膈肌舒缩活动为主的呼吸运动。 胸式呼吸(Thoracic breathing) : 以肋间外肌舒缩活动为主的呼吸运动。,呼吸暂停、声带开放、呼吸道通畅时： 肺内压大气压 呼吸运动过程中肺内压的周期性交替升降 肺内压和大气压之间的压力差 推动气体进出肺的直接动力,2、肺内压(Intrapulmonary pressure) 即肺泡内的压力,吸气初：肺内压 大气压 呼气开始 呼气末：肺内压 = 大气压 呼气停止,（1）胸膜腔：位于两层胸膜之间的潜在、密闭的腔隙，其内仅少量浆液,3、胸膜腔内压(Intrapleural pressure),（2）胸膜腔内压 ：胸膜腔内的压力。,测量：直接法 间接法,（1）胸膜腔：,由脏层胸膜和壁层胸膜构成的一个密闭的、潜在的腔隙（pleural cavity）,无气体，仅少量浆液,特点：,使肺随胸廓运动而运动,作用：,润滑，减少摩擦,胸膜腔内压正常值 （mmHg）,吸气末 呼气末 平静呼吸 -10-5 -5-3 用力呼吸 -90 +110,胸膜腔内压 = 肺内压 肺回缩力 在吸气末或呼气末 胸膜腔内压 = 大气压 肺回缩力 以大气压为0，胸膜腔内压=肺回缩力 （负压是指其低于大气压） 呼气末：-3 -5mmHg； 吸气末：-5 -10 mmHg,为什么平静呼气末胸膜腔内压仍然为负,形成机制,肺回缩,以胸膜腔密闭且含浆液为条件 胸廓生长肺生长 胸廓容积肺容积 胸廓将肺拉大 肺回缩 胸膜腔内负压,胸膜腔负压及其生理意义：,维持肺泡的扩张状态，有利于肺的扩张 有利于静脉血及淋巴液的回流,吸气肌收缩和舒张,弹性阻力（肺和胸廓） 平静呼吸时约占总通气阻力的70% 非弹性阻力 平静呼吸时约占总通气阻力的30% （气道阻力、惯性阻力与粘滞阻力）,（二）肺通气的阻力,（一）弹性阻力与顺应性,弹性阻力( R )：物体对抗外力作用所引起变形的力。包括肺弹性阻力和胸廓弹性阻力。 顺应性( C )：在外力作用下弹性组织的可扩张性。,顺应性（C ）=容积变化 / 压力变化(L/cmH2O),顺应性（C ）= 1/R,1、肺的弹性阻力与顺应性(Compliance),跨肺压的变化（P）,肺容量的变化（ V）,肺的弹性阻力,肺组织的弹性回缩力（1/3）,肺泡内液-气界面的表面张力（ 2/3 ）,（1）肺泡表面张力和肺表面活性物质,肺泡表面张力(Surface tension) 肺泡的内表面覆盖一薄层液体，与肺泡内气体形成液-气界面。在肺泡液-气界面，使液体表面积趋于缩小的力谓之。,是吸气的阻力，阻碍肺泡扩张，降低肺顺应性； 使相通的大小肺泡内压不稳定； 促进肺部组织液生成，使肺泡内液体积聚 。,肺泡表面张力对肺泡的影响,肺泡表面活性物质(Pulmonary surfactant) 产生：由肺泡型细胞产生 主要成分：二棕榈酰卵磷脂 分布：单分子穿插在肺泡内 液体层中 作用：降低肺泡表面张力,肺表面活性物质减少 肺不张、肺大泡、破裂 肺弹性阻力增加，顺应性降低 吸气困难 易形成肺水肿,肺泡表面活性物质生理意义： 稳定大小肺泡 减少肺间质和肺泡内的组织液生成，防 止肺水肿 降低吸气阻力，增加肺的顺应性,正常及几种异常情况下顺应性曲线,跨肺压(cmH2O) （肺内压-胸内压）,正常,肺气肿（emphysema）,肺纤维化(fibrosis),肺不张(atelectasis),肺容量 = 肺总容量的67% 无回弹力 肺容量肺总容量的67% 向内的回弹力，吸气阻力 肺容量肺总容量的67% 向外的回弹力，吸气动力 胸腔容积变化 (V) Cchw= L/cmH2O 跨胸壁压力变化(P),2、胸廓弹性阻力和顺应性(Compliance),胸廓弹性阻力方向可变，既可是吸气的动力，也可是吸气的阻力,肺容量占 肺总容量百分比,胸廓弹性回位力,胸廓容积,67（自然位置） （平静吸气末）,无,自然容积, 67（ 自然位置） （深吸气状态）,向内 （吸气阻力）,大于自然容积, 67 （ 自然位置） （平静呼气末）,向外 （吸气动力）,小于自然容积,（二）非弹性阻力 包括：气道阻力、惯性阻力、粘滞阻力 气道阻力：非弹性阻力的 8090%，由气流流速、气流形式和气道管径 决定。,为什么支气管哮喘病人呼气比吸气困难,二、肺通气功能的评价,平静呼吸时每次吸入或呼出的气体量 正常值：400 600ml ，平均约500ml,二、肺容量和肺通气量,1 肺容积（pulmonary volume）,四种基本肺容积：,1）。潮气量（tidal volume，TV）：,2）。补吸气量或吸气储备量 （inspiratory reserve volume，IRV）,平静吸气末再尽力吸气，所能增加的吸入气量，正常值：1500 2000ml,平静呼气末再尽力呼气，所能增加的 呼出气量 ，正常值： 900 1200ml,3）。补呼气量或呼气储备量 （expiratory reserve volume，ERV）,最大呼气末，肺内仍残留不能再呼出的气量，正常值： 1000 1500ml,4）。残气量（residual volume ，RV）,1+2+3+4=肺总量,意义:是衡量最大通气潜力的一个重要指标,2 肺容量（pulmoary capacity）,1）。深吸气量（ inspiratory capacity ，IC）,从平静呼气末作最大吸气时所能吸入的气量,= 潮气量+补吸气量,平静呼气末尚存留于肺内的气量,2）。功能残气量 (fumctional residual capacity,FRC）,= 残气量+ 补呼气量,正常值：约2500ml,生理意义：缓冲呼吸过程中肺泡气PO2和PCO2的变化幅度,3）。肺活量、用力肺活量和用力呼气量,肺活量（vital capacity，VC）,在作一次最深吸气后，尽力呼出的最大 气量,=潮气量+补吸气量+补呼气量,正常值：女性：2500ml 男性：3500ml,意义：反映肺一次通气的最大能力，在一定程度上可 作为肺通气功能的指标。,4）时间肺活量 深吸气后，以最快的速度呼出气体， 记录第1.2.3秒末内所能呼出的气量占用力肺活量 的百分比,第1秒末（ FEV1 /FVC ）：80%,第3秒末（ FEV3 /FVC ）：99%,第2秒末（ FEV2 /FVC ）：96%,（临床上最为常用）,正常值： 女性：3500ml 男性： 5000ml,5）。肺总量（total lung capacity ，TLC）,肺所能容纳的最大气量,= 肺活量+残气量,（二）、肺通气量,1.每分通气量（pulmonary volume）,指平静呼吸时每分钟进肺或出肺的气体总量,= 潮气量 x 呼吸频率,正常值：6 9L/min,意义：反映呼吸深度和频率,2.肺泡通气量,解剖无效腔（anatomical dead space）：,无气体交换能力的腔 （从上呼吸道呼吸性细支气管）,约150ml,肺泡无效腔 （alveolar dead space ）,因无血流通过而不能进行气体交换的肺泡腔。,生理无效腔 （physiological dead space ）：,解剖无效腔 +肺泡无效腔,2. 肺泡通气量(Alveolar ventilation) 即每分钟吸入肺泡的新鲜空气量 =（TV 无效腔气量) 呼吸频率,肺泡无效腔( 接近于零）,生理无效腔,解剖无效腔(150ml),支气管扩张 解剖无效腔 肺A部分梗塞 肺泡无效腔,呼吸形式,肺泡通气量 (毫升/分),呼吸频率 (次/分),肺通气量 (毫升/分),潮气量 (毫升),正常安静,16,8000,500,5600,不同呼吸频率、潮气量时的肺通气量及肺泡通气量,在一定的呼吸频率范围内， 深而慢的呼吸比浅而快的呼吸更为有效。,结论：,第三节 肺换气和组织换气,肺换气：肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换,从高分压点 流向低分压点,组织换气：组织细 胞与组织毛细血管血液之间的气体交换,一、气体交换的原理,形式：单纯扩散 动力：气体分压（张力）差 气体扩散速率（Diffusion rate，D）：单位时间内气体扩散的容积。,扩散系数,（一）气体的扩散,2、血液及组织中的气体分压kPa（mmHg）：,1、呼吸气与肺泡气的分压,（二）气体的分子量与溶解度,溶解度 (solubility)：在1个大气压下，37时， 每100ml液体中所溶解的气体ml数。,O2的分子量：32 CO2的分子量：44,CO2的扩散系数是O2的20倍,CO2溶解度：51.5/100ml O2溶解度：2.14/100ml,（三）扩散的面积和距离,（四）温度,PO2和PCO2时，刺激呼吸时 CO2的排出比O2的摄取更多,二、肺换气,结构基础：呼吸膜 动力：气体的分压差,结果：静脉血 动脉血,（一）肺换气过程,O2,CO2,CO2和O2的扩散仅需0.3秒即达到平衡 血液流经肺毛细血管耗时0.7秒,（二）影响肺换气的因素 1、呼吸膜的厚度：肺泡 毛细血管膜,由六层组成，约0.2 1.0m,肺纤维化与肺水肿均 可使呼吸膜变厚,2、呼吸膜的面积,3、通气/血流比值(Ventilation/perfusion ratio),每分肺泡通气量与每分肺血流量之间的比值。,气多或血少 气少或血多 比值升高 比值降低 肺泡无效腔 A-V短路 换气效率低,气/血比值,组织中气体交换的原理与在肺中交换相似，但该处交换在液相中进行，且扩散膜两侧的O2、CO2分压差随细胞内氧化代谢强度和组织血流量而异。,三、组织换气,血液与组织细胞之间的气体交换过程。,结构基础：毛细血管壁、细胞膜,动力：气体的分 压差,静脉血,动脉血,结果：,第四节 气在血液中的运输,氧和二氧化碳都以两种形式存在于血液： 1. 物理溶解 以溶解形式存在的 O2 、CO2 所占的比例极少。 2. 化学结合 以化学结合形式存在的 O2 、CO2 所占的比例很高。,一、氧的运输 （一）氧在血液中存在的形式 血液中物理溶解的 O2 量仅占血液总 O2 含量的 1 . 5 % ，而化学结合的占 98 . 5 % 左右。O2 的结合形式是氧合血红蛋白（HbO2）。 血液中的 O2 主要以 HbO2 形式运输。,O2的运输,Hb 与 O2 结合的特征： 1. 反应快、可逆、不需要酶的催化、受 PO2 的影响。,2. Fe2+ 与 O2 结合后仍是二价铁，所以该反应是氧合，而不是氧化。 3. 是可逆的结合 1 分子 Hb 可以结合 4 分子 O2 。,2、二氧化碳的运输,运输形式 1. 物理溶解 血液中物理溶解的 CO2 约占 CO2 总运输量的 5 % 。 2. 化学结合 约占 95 % , 其形式主要有： （1）碳酸氢盐形式 占 CO2 总运输量的 88 % 。,（2）氨基甲酰血红蛋白形式 占 CO2 总运输量的 7 % 。在肺部排出的 CO2 中有 17. 5 % 是经氨基甲酰血红蛋白释放出来的。,第五节 呼吸运动调节 一. 呼吸中枢与呼吸节律的形成,(一) 呼吸中枢 (respiratory centre) 中枢神经系统内与呼吸运动有关的神经元集中的部位。,PC: 呼吸调整中枢; PBKF: 臂旁内侧核和klliker-Fuse 核；DRG：背侧呼吸组；VRG：腹侧呼吸组；NTS：孤束核；NRA：后疑核,1. 脊髓,中继站 某些呼吸反射的初级中枢,2. 低位脑干,(1 ) 延髓 呼吸节律基本中枢 作用：产生呼吸节律,(2) 脑桥 呼吸调整中枢 作用：限制吸气，促吸气向呼气转化,3. 高位脑,大脑皮层（随意控制） 边缘系统 下丘脑,(二) 呼吸节律形成,起步细胞学说：延髓内起步细胞 神经元网络学说,二 呼吸运动调节 (一) 化学感受性呼吸反射 1. 化学感受器 包括外周化学感受器和中枢外周化学感受器,(1) 外周化学感受器,颈A体（主要调节呼吸） 主A体（主要调节循环） 适宜刺激: 血 PO2 PCO2 H+ 作用：使呼吸加深加快。,（2）中枢化学感受器,延髓腹外侧浅表部位,适宜刺激： 脑脊液及 局部细胞 外液H+,中枢化学感受器的特点、作用,特点： 不感受缺氧的刺激 对CO2的敏感性比外周化学感受器 的高，反应潜伏期较长 作用：主要调节脑脊液的H+ （pH稳态）,2. CO2 、H+和O2对呼吸的调节 （1） CO2,效应： 一定范围内动脉血的PCO2 升高可使呼吸加 深加快 ，肺（泡）通气量增加； 超过限度，则抑制呼吸。,co2,1时,呼吸开始加深,4时,呼吸加深加快,肺通气量 1倍以上,6时,肺通气量可增大6-7倍,7以上,呼吸减弱,出现CO2麻醉,co2,呼吸减慢,（过度通气后可发生呼吸暂停）,机制:,呼吸加深加快,延髓呼吸中枢+,外周化学感受器+,中枢化学感受器+,CO2透过血脑屏障进入脑脊液: CO2H2OH2CO3 H+HCO3-,Pco2 ,特点：,CO2兴奋呼吸的作用,以中枢途径为主；但因脑脊液中碳酸酐酶含量很少，故潜伏期较长；,CO2兴奋呼吸的中枢途径是通过H+的间接作用,(血液中的H+不易透过血-脑屏障),CO2兴奋呼吸的外周途径虽然为次，但当动脉血Pco2突然增高或中枢化学感受器对CO2的敏感性降低（CO2 麻醉）时，起着重要作用。,(2) H+:,动脉血H+对呼吸的调节:,外周化学感受